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神经损伤后的功能恢复一直是医学研究的难题，为探究其中机制，研究人员开展了关于轴突融合的研究。他们发现铁死亡信号可促进轴突融合，且 GPX4缺失能推动坐骨神经损伤后的功能恢复。这为神经损伤治疗策略的开发提供了新方向。
在神经科学领域，中枢神经系统（CNS）损伤往往会导致患者终身残疾，恢复受损神经的功能是医学研究的重要目标。轴突融合作为一种高效的神经修复机制，在多种生物中都有发现，比如秀丽隐杆线虫。然而，尽管经过了多年研究，轴突融合究竟是如何被诱导和调控的，仍然是一个未解之谜。这一知识空白严重限制了神经损伤治疗方法的发展。为了深入探究轴突融合的奥秘，来自美国德克萨斯大学圣安东尼奥健康科学中心（University of Texas Health San Antonio）的研究人员开展了一系列研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员运用了多种关键技术方法。在动物模型方面，利用秀丽隐杆线虫（C. elegans）和小鼠进行实验。通过激光切断线虫的轴突，观察其再生和融合情况；对小鼠进行坐骨神经切断和缝合手术，评估神经功能恢复。在检测手段上，运用荧光标记技术观察蛋白定位和细胞内物质的动态变化，采用免疫组织化学方法分析神经肌肉接头（NMJ）结构和轴突再生情况。
研究结果如下：
- gpx 功能缺失影响损伤神经元的再生反应：研究人员检测了秀丽隐杆线虫 gpx 基因功能缺失突变体中轴突的再生情况。结果发现，gpx-3(tm2059)、gpx5(tm2024)和 gpx-8(tm2108)突变体中出现了高频的轴突融合现象，而 gpx-1(tm2100)和 gpx-4(tm2111)突变体则出现了轴突碎片。通过构建转基因线虫发现，GPX 基因在神经元内发挥作用，且人 GPX4在秀丽隐杆线虫中的表达能抑制轴突融合，表明 GPX 蛋白功能具有进化上的保守性。
- 铁死亡诱导药物以剂量依赖方式促进轴突融合：研究人员测试了铁死亡诱导剂 ML162、ML210 和 RSL3 对轴突融合的影响。结果显示，低剂量的这些诱导剂能显著促进轴突重新连接，且融合后的轴突具有功能，可支持细胞内运输和恢复神经回路。但高剂量则会导致轴突碎片形成。同时，抗氧化剂 Fer-1 能抑制由 GPX4抑制剂诱导的轴突融合，这表明适度的铁死亡信号促进轴突融合，过度则会导致轴突退化。
- 轴突融合受脂质过氧化严格调控：N - 乙酰半胱氨酸（NAC）和 WAH-1（人 AIFM1 和 FSP1 的同源物）对轴突融合和碎片形成有显著影响。通过 BODIPY 染色和 HyPer 传感器检测发现，轴突融合需要适度的脂质过氧化水平，过高或过低都会破坏轴突融合。此外，研究还发现老年神经元中 ROS 水平较高，轴突融合和碎片率也相应增加，且这些现象可被 Fer-1 和 GPX 表达抑制，说明氧化水平与轴突融合和碎片形成密切相关。
- 铁死亡信号激活 PS 暴露促进轴突融合：研究人员利用 mKate2 标记的 Annexin V 观察到，铁死亡信号可诱导 PS 暴露，且 gpx 突变体中 PS 暴露水平增加。进一步研究发现，适度的 PS 暴露促进轴突融合，高暴露则导致轴突碎片。通过生成热图分析发现，脂质过氧化水平与 PS 暴露及轴突损伤反应相关，适度的脂质过氧化促进轴突融合，高脂质过氧化则与碎片形成有关。
- 铁死亡诱导的轴突融合需要 PSR-1 和 EFF-1：研究表明，PS 受体 PSR-1 和膜融合蛋白 EFF-1 在铁死亡信号诱导的轴突融合中起关键作用。在 psr-1 和 eff-1 突变体中，ML162 无法诱导轴突融合，而 PSR-1 过表达则能增加轴突融合率。此外，TTR-52、CED-6 和 CED-7 等吞噬途径成分并非铁死亡诱导轴突融合所必需，说明该融合主要由 PSR-1 和 EFF-1 介导。
- PSR-1 形成相分离凝聚物，且凝聚物对氧化应激有反应：研究人员发现，损伤后 PSR-1 在轴突残端和再生生长锥处形成凝聚物。体外实验表明，PSR-1 能形成液滴和聚集体，具有凝胶样特性。H2O2促进其聚集，DTT 则使其溶解，说明氧化还原状态可调节 PSR-1 凝聚及其在轴突融合中的功能。
- PSR-1 CTD 调节 PSR-1 凝聚物特性和功能：PSR-1 的 CTD 区域对其凝聚和功能至关重要。去除 CTD 的 PSR-1 (ΔCTD) 形成的凝聚物与全长 PSR-1 不同，且过表达 PSR-1 (ΔCTD) 不仅不能增强 ML162 诱导的轴突融合，反而部分抑制该过程，表明 CTD 可调节 PSR-1 的凝聚和功能。
- 轴突融合由铁死亡信号特异性诱导，而非其他细胞死亡信号：研究人员测试了凋亡和坏死抑制剂对轴突融合的影响，发现它们不能像铁死亡抑制剂那样改变损伤反应。凋亡诱导剂 BPA 和线粒体呼吸链抑制剂抗霉素 A 也不能促进轴突融合，反而导致轴突碎片。H2O2可促进轴突融合，但高浓度会导致轴突碎片，且其促进融合的作用可被 Fer-1 抑制，说明轴突融合由铁死亡信号特异性诱导。
- 铁死亡信号促进小鼠坐骨神经损伤后的功能恢复：研究人员将铁死亡诱导剂 ML162 应用于小鼠坐骨神经损伤模型，发现 ML162 能促进功能恢复，且与 PEG 联合使用效果更佳。通过行为学测试（如针刺测试、足失误不对称测试和趾展测试）发现，ML162 和 PEG 联合治疗组在早期（4 - 10 天）功能恢复明显优于其他组。此外，GPX4条件性敲除（cKO）小鼠在坐骨神经损伤后也显示出功能改善，进一步支持了调节 GPX4水平可促进功能恢复的结论。
- ML162 防止神经肌肉接头去神经支配：研究人员通过染色评估轴突再生，发现 ML162 和 PEG 不影响轴突再生。但在神经损伤后 3 天，ML162 和 PEG 联合治疗组能检测到更多神经肌肉接头（NMJ）的再支配，表明联合治疗可防止轴突退化和 NMJ 去神经支配，可能是通过促进轴突融合实现的。
研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了脂质过氧化在促进轴突融合中的重要作用，脂质过氧化水平决定了损伤反应模式，适度的脂质过氧化促进轴突融合，而高水平则导致轴突碎片。同时，研究还发现铁死亡信号通过激活 PS 暴露，经 PSR-1 和 EFF-1 介导促进轴突融合，且轴突融合是由铁死亡信号特异性诱导的。在小鼠模型中，ML162 和 PEG 联合治疗显示出促进神经修复的潜力。然而，该研究也存在一定局限性，如在小鼠模型中无法直接证明轴突融合，未来还需进一步研究确定哪些神经元可在铁死亡信号刺激下发生融合，以及 PS 与 PSR-1 的相互作用如何调节 PSR-1 凝聚等问题。总体而言，这项研究为神经损伤的治疗提供了新的理论依据和潜在治疗策略，有望推动神经科学领域的进一步发展。
